煤层气地球化学研究现状与发展趋势

概述了煤层气作为新资源的研究及开发状况，全面评述了煤层气地球化学研究的现状：其组分以CH4为主，δ13C1值约为－80‰—－10‰，有限的δD1值数据为－333‰—－117‰，CO2的δ13C值为－29.4‰—+18.6‰，其他组分的同位素则极少研究；煤层气目前仅主要识别出热成因气和次生生物气两种类型，还有其他划分标准；与常规天然气相比，煤层气CH4和CO2的δ13C值的分布范围很宽，尤其存在特高值．目前煤层气地球化学存在并需解决的主要问题为：甲烷碳、氢同位素组成变化的机理、影响因素及其应用；δ13C1值与Ro值的关系；煤层气成因类型的系统划分方案和指标以及煤层气地球化学在煤层气选区评价中的应用等．     

新场地区上三叠统须五段陆相页岩层系非常规天然气特征与成因

除下古生界海相页岩具有页岩气开采的价值外,四川盆地陆相领域页岩层序也非常发育;其中川西坳陷须五段获得突破,但其非常规天然气地球化学特征十分复杂、成因类型多样,开展非常规天然气特征和成因的研究对于有效的认识四川盆地陆相页岩的勘探开发前景具有重要意义。在对川西坳陷上三叠统须五段陆相页岩层序天然气组分和同位素特征分析的基础上,结合该区实际地质条件的分析,研究了天然气的成因类型、天然气成熟度和天然气的赋存状态。结果表明:须五段天然气主要为烃类气体,甲烷含量、干燥系数变化大;但平均值较低,烷烃同位素具有δ13C1δ13C2δ13C3δ13C4的正常序列分布特点;但甲烷碳同位素值(δ13C1)变化大,在-44.4‰~-27.1‰之间;乙烷碳同位素值明显偏轻,介于-28.1‰~-22.9‰之间。须五段天然气为典型煤型气,具有成熟-中等成熟阶段热成因气的特征;天然气为吸附气与游离气的混合气体,但以吸附气为主,在生产过程中,由于同位素的分馏效应,导致天然气甲烷碳同位素偏重。     

油伴生CO2气的成因及其石油地质意义

以松辽盆地南部油伴生CO2气为研究对象,通过组分分析及碳、氧及氮同位素分析,结合中国已有伴生CO2气的含量及同位素数据,研究油伴生CO2气的成因及其意义.结果表明:中国油伴生气中CO2的含量为0～99.53%,大部分在5%以下;油伴生CO2气的δ13 CcO2值为-15.91‰+6.49‰,集中分布于-13‰～ -4‰,以无机成因气为主;松辽盆地南部油伴生CO2气的含量为1.43% ～54.22%,δ13CcO2值为-5.32‰～ -6.76‰,为幔源-岩浆成因;幔源-岩浆成因油伴生CO2气与气藏中的CO2气成因一致,注入时间一般晚于油气大规模充注时间,CO2充注驱油普遍存在;在幔源-岩浆CO2与油气混合成藏地区(如松辽盆地南部)寻找幔源-岩浆CO2充注驱油成因的次生油气藏将是一个新的勘探思路.     

元坝地区雷口坡组气源与碳同位素倒转成因

探讨四川盆地元坝地区雷口坡组气源与碳同位素倒转成因.通过雷口坡组烃源岩与天然气地化参数分析,其烃源岩以泥晶灰岩、含泥灰岩为主,TOC质量分数平均为0.37％,生烃能力较差.天然气中非烃气的体积分数多数＜10％,烷烃气组分较干,CH4相对体积分数平均为99.0％,碳同位素较轻,其中δ13C1均值为-34.19‰,δ13 C2均值为-33.31‰,且多数样品发生δ13C1,δ13C2倒转;甲烷氧同位素较轻,均值为-156.3‰.与相邻层位烷烃气对比并结合烃源背景,综合分析认为其气源主要为须家河组媒型气,其甲烷、乙烷碳同位素倒转为水溶分馏作用导致气层中乙烷变轻程度超过甲烷一定幅度引起.     

上海-南极海洋边界层大气CH4浓度及其δ13C空间分布特征

在中国第22次南极科学考察期间,用Tedlar气袋采集了"雪龙号"考察船航线上海洋边界层大气样品,在室内分析了样品中CH4浓度及其分子的δ13C值,结果表明:在28.5°N~40°S区域,海洋边界层大气CH4浓度波动较大,峰值较多,平均值为(2.97±1.51)×10-6,明显高于全球大气CH4的平均浓度(约1.8×10-6),这主要与该区域的航迹靠近陆地,受人为源的影响有关;在40°S~69.17°S航迹,远离人类活动区,洋面大气CH4的浓度较稳定,平均浓度值为(1.92±0.14)×10-6,接近于目前全球大气CH4平均浓度.航线上CH4分子的δ13C的变化范围为:-37.49‰~-24.87‰,平均为-34.5±3.0‰.在28.5°N~40°S区域,边界层大气中CH4分子的δ13C值较高且波动较大,表明洋面大气的CH4浓度受到来自富13C的化石燃料、生物质燃烧等人为源的强烈影响;在40°S~69.17°S区域,δ13C值较稳定.海洋边界层大气的CH4浓度分布与大气温度也存在相关性.     

轮古西地区奥陶系碳酸盐岩古岩溶储层碳、氧同位素地球化学特征

中—下奥陶统鹰山组碳酸盐岩古岩溶储层是塔里木盆地轮古西地区的主要油气产层 .为了弄清储层的成因类型、储层古岩溶过程中的流体性质和古水文条件 ,为预测和评价此类储层提供有关的地球化学信息 ,讨论了储层形成过程中记录的碳、氧稳定同位素特征 .结果表明 :轮古西地区奥陶系鹰山组碳酸盐岩古岩溶储层中的δ13C和δ18O值的变化范围较大 ,δ13C值为 -0 .70‰～ -6.5 0‰ ,平均值 -1 .76‰ ;δ18O值为 -3 .75‰～ -1 7.1 0‰ ,平均值 -9.42‰ .碳酸盐岩基质、冲积岩和方解石胶结物的δ13C和δ18O分布具有一定的差异 .三类样品的δ18O值均具有明显偏负特征 ,表明在碳酸盐岩成岩过程中受到大气成因的淡水影响 ,反映了当时的风化壳岩溶成岩环境 .冲积岩样品的δ13C值的偏负程度较高 ,其物源可能来自石炭—二叠系地层     

石灰泥岩——一种陆源机械成因的碳酸盐岩

石灰泥岩是束鹿凹陷含量最多的岩石类型之一,它分布于始新世沙河街组三段中下部,前人笼统地称之为泥灰岩.应用沉积学及同位素地球化学方法,对石灰泥岩的岩石类型进行详细的岩石学特征及成因研究.结果表明:研究区该类岩石结构组分主要为砂粒级、粉砂粒级碳酸盐成分的碎屑颗粒以及泥粒级的碳酸盐质点;岩石的碎屑结构较清楚;石灰泥岩和由同成分而不同粒级颗粒(碳酸盐成分的砾、砂、粉砂、泥质等)所构成的岩石在空间上相伴出现;岩石中氧同位素(δ18O)值为-9‰～-5‰,碳同位素(δ13C)值大于1‰,最大值为3.2‰;碳-氧同位素资料均显示受物源的影响明显,认为这是一种罕见的陆源机械成因的碳酸盐岩.     

海拉尔-塔木查格盆地中部断陷带CO2气藏中CO2成因分析

以海拉尔-塔木察格盆地中部断陷带CO2气藏中的CO2为研究对象,通过组分分析、碳同位素及氦、氩同位素分析,结合研究区CO2含量和同位素数据及他人研究成果,利用排除法探讨研究区CO2的成因及来源。结果表明:研究区CO2平均含量大于85%,CO2稳定碳同位素偏轻,δ13CCO2为-13.1‰～-8.8‰,为目前已发现的具有较为特殊碳同位素组成特征的CO2气藏;尽管CO2稳定碳同位素偏轻,但通过排除法可以证明该区CO2为无机成因气的结论最为合理,且CO2应来源于上地幔岩浆脱气。     

缅甸其培电站坝址断裂带气体地球化学特征及工程应用

依据气体化学组分和同位素组成分析,结合水文地质资料,分析了缅甸其培电站坝址钻孔随承压水逸出的气体、平硐揭露的断裂带气体的地球化学特征,并探讨其形成和对工程的影响。研究结果表明:坝址断裂带气体有CO2型和N2型2类,以CO2为主的气体中CO2的摩尔分数为89.37%～98.83%,N2的摩尔分数为0.7%～10.42%;含有微量的甲烷,摩尔分数为0.2%～0.47%。CO2的δ13 CV-PDB=-4.947‰～-5.387‰,δ18 OV-PDB=3.364‰～3.613‰,CO2为深部幔源无机成因。δ15 N值在-0.082‰～7.263‰之间,变化范围较大,有浅部生物成因气体混入。CO2气体形成于深部,沿断裂带运移,在浅部与承压水混合,主要在河床逸出。深部起源的CO2气体是恩梅开江断裂在坝址的地质活动性的显示。河床是气体逸出的主要部位,气体产出量大,对坝址工程处置有较大影响。     

松南营城组火山岩气藏成藏模式

松南气田营城组火山岩天然气的δ13C1值大于-30‰,具有δ13C1＞δ13C2＞δ13C3负序列或同位素倒转,甲烷同位素偏重,表明松南气田营城组火山岩天然气不仅具有煤型气与油型气混合特性,还具有多期次成藏特征,煤型气充注早,为89～83 Ma;油型气和幔源气充注晚,为78～68 Ma.松南气田营城组天然气中无机气体主...     

伊陕斜坡东南部延长组页岩气地球化学特征分析

鄂尔多斯盆地陆相页岩气勘探潜力巨大,但对于陆相页岩气成因类型的研究相对滞后,限制了对页岩气的进一步勘探和开发。通过综合化学组分分析和碳、氢同位素分析的手段对伊陕斜坡东南部延长组页岩气和原油伴生气的地球化学特征及成因进行研究。研究结果表明延长组页岩气(生产气和真空解吸气)和原油伴生气都以烷烃类气体为主,其中甲烷含量都小于95%,非烃气体含量比较低。页岩解吸气中,非烃气体比例相对较高,且氧气含量异常高,这与解吸装置密封性不好或者装置本身残留空气清除不彻底有关。页岩气和原油伴生气的甲烷含量低、干燥系数(C_1/C_(1~5))主要集中在0.6~0.9之间、C_2/C_3都小于3,δ~(13)C_1值分布于-52.0‰~-44.9‰之间、δ~(13)C_2值都小于-29‰,δ~(13)C_3值都小于-25.5‰和δD_1都小于-150‰,指示研究区页岩气和原油伴生气以陆相环境热成因的热解湿气(油型气)为主。页岩气和原油伴生气样品有相对高的正庚烷含量和正构烷烃(nC_(5-7))含量,δ~(13)C_2值分布于-41.1‰~-31.1‰之间,说明延长组页岩气与原油伴生气都属于偏腐泥型天然气。此外,延长组页岩气和原油伴生气碳同位素系列基本都属正碳同位素系列,且δ~(13)C_1与δ~(13)C_2值,δ~(13)C_2值与δ~(13)C_3值有较好的正相关关系,这也表明页岩气和原油伴生气具有相同或相似的母质来源。     

鄂尔多斯盆地靖边气田奥陶系马家沟组的阴极发光特征及白云岩化

对鄂尔多斯盆地靖边气田马家沟组白云岩的阴极发光性和岩石地球化学研究发现,白云岩阴极发光强度与Mn、Fe质量分数比值呈正相关性,白云岩微量元素整体具有低Na、Mn、Sr和高Fe含量的特点.泥晶白云岩有序度低,平均0.67,Na含量较高,质量分数平均值为302.3×10-6,δ13C分布在0.6‰～-1.58‰,平均值为-0.33‰,反映准同生白云岩化;细晶白云岩有序度平均为0.71,δ13C平均为-1.5‰,Mn含量增加,反映受成岩早期大气淡水淋滤的影响增加;中-粗晶白云岩有序度平均为0.84,Fe含量异常高,质量分数平均为11 617.2×10-6,δ13C、δ18O值都偏负,反映白云岩形成于埋藏环境.     

鄂尔多斯盆地南部页岩气地化特征及成因

对鄂尔多斯盆地南部页岩气井进行井口生产气取样、岩心解析气取样,进行天然气组分分析和碳氢同位素测试。明确了延长组长7段、长9段天然气组分特征,碳氢同位素特征,结合天然气分析相关图版探讨了天然气的成因类型及来源。结果表明,研究区天然气为有机成因气,干燥系数小,含有一定量的重烃成分,属于典型的湿气,排除了生物气及高温裂解气的可能。乙烷碳同位素特征及天然气类型图版分析表明该区页岩气为典型的油型气。长7段页岩气碳同位素组成序列整体为δ13 C1﹤δ13 C2﹤δ13 C3﹤δ13 C4,为正常序列,少量样品显示同位素反转,长9段长7段页岩气碳同位素组成序列为δ13 C1﹤δ13 C2﹤δ13 C3﹤δ13 C4。认为长7段页岩气来自本层段张家滩页岩,但局部地区存在运移通道,发生了天然气混合,长9段页岩气来自于长9段李家畔页岩。     

Secondary biogenic coalbed gas in some coal fields of China

The secondary biogenic coalbed gas, a new genetic and energy source type of coalbed gas in China, has been found in Xinji, Liyazhuang and Enhong areas. The essential characteristics of this type of gas are: (i) the major component of the gas is methane, with C1/C1-5 value higher than 0.99, indicating that the gas is part of dry gas; (ii) theδ13C1 value is in the range of -61.7‰to -47.9‰, mostly lower than -55‰, which is much lower than the estimatedδ13C1 value of thermogenic methane according to the thermal evolution degree of the coal rocks (with R0 value from 0.87% to 1.43%), showing the characteristics of the secondary biogenic gas; (iii) theδ5D value of methane ranges from -244‰to -196‰; (iv)δ13C 2 value ranges from -26.7‰to -15.9‰andδ13C 3 value ranges from -10.8‰to -25.3‰, indicating that the heavier hydrocarbons have a thermogenic origin; (v) the content of CO2 is very low, andδ13CCO2 value changes greatly, reflecting a characteristic of secondary change; (vi)δ15N2 value ranges mainly from -1‰to +1‰, indicating N2 derived significantly from air. The negative linear correlation between the contents of N2 and CH4 reflects the activity of bacteria bearing surface water infiltrating into coal beds. The comprehensive tracing indices show that the coalbed gas in the studied areas is the mixed gas of primarily secondary biogenic gas and a part of remnant thermogenic gas. The uplift of coal beds and the development of faults in the studied areas create favorable conditions for the formation of the secondary biogenic gas.     

四川盆地龙马溪组页岩中碳酸盐矿物形成机制

碳酸盐胶结物是四川盆地龙马溪组页岩中重要的自身矿物,但对其形成机制目前尚无深入研究。以四川盆地龙马溪组A井和B井为研究对象,综合应用全岩X射线衍射测试、扫描电镜分析了页岩中自身碳酸盐矿物的类型,并利用分成分碳氧同位素对其形成机制进行了研究。结果表明:四川盆地龙马溪组页岩中碳酸盐矿物沉积水介质主要为陆相淡水。A井的方解石δ~(13)C平均值为-1. 14‰,δ~(18)O平均值为-12. 63‰,B井的方解石δ~(13)C平均值为-2. 40‰,δ~(18)O平均值为-12. 84‰,氧同位素表明两口井方解石均主要形成于早成岩B期,碳主要来源于有机质脱羧反应; A井白云石δ~(13)C平均值为-1. 84‰,δ~(18)O平均值为-7. 56‰,其形成主要与早成岩阶段硫酸盐还原作用密切相关; B井白云石的δ~(13)C平均值为-4. 48‰,δ~(18)O平均值为-11. 12‰,主要与中成岩A期有机质脱羧反应密切相关,铁白云石主要形成于晚成岩阶段;黏土矿物转化提供了研究区碳酸盐矿物沉淀所需要的钙离子、镁离子及铁离子。该研究成果对进一步分析四川盆地龙马溪组页岩成岩演化具有重要指导意义。     

宁夏荒漠草原猪毛蒿碳同位素组成及与环境因子的关系

以宁夏荒漠草原区广泛分布的草本植物猪毛蒿为研究对象,通过对38个样地190份猪毛蒿同化枝的δ~(13)C进行测定,分析猪毛蒿同化枝稳定碳同位素组成的变化特征及其与环境(经度、纬度、海拔和土壤体积含水率)、生境(土壤类型、地形类型、放牧干扰和群落类型)之间的关系.结果表明,猪毛蒿同化枝δ~(13)C值为-25.10‰～-29.76‰,平均值为-27.79‰,表明猪毛蒿属于C3光合途径的植物;猪毛蒿同化枝的δ~(13)C值存在空间差异.经纬度、海拔以及土壤水分对猪毛蒿同化枝δ~(13)C值的影响不明显(P0.05).猪毛蒿同化枝δ~(13)C值在不同生境条件下存在差异:灰钙土生境下高于风沙土及风化基岩残积土;坡上的高于平地、坡中及坡底;放牧干扰低于未放牧条件(P0.05);有柠条的生境高于无柠条生境.     

长江口外冲淡水区悬浮颗粒物中总有机碳和叶绿素a的碳同位素分布

应用超声提取、固相萃取(SPE)、薄层色谱(TLC)技术,成功提取、分离了海水悬浮颗粒物中的色素类化合物,并对叶绿素a(Chl a)的碳同位素进行了测定,建立了海水悬浮颗粒物中叶绿素组分的TLC分离及稳定碳同位素测定方法.测定了长江口外冲淡水区颗粒有机碳(POC)和Chl a中的碳同位素.发现悬浮颗粒物中Chl a的δ13C介于-28.17‰～-32.29‰之间,平均值-29.75‰;POC的δ13C介于-17.92‰～-23.19‰之间,平均值-20.67‰,Chl a比POC的δ13C偏负9.08‰.表层Chl a的δ13C值由北向南逐渐偏负,由近岸向开阔海域逐渐偏正.     

商都坳陷浅层CO_2气藏成因与典型气藏分析

商都地区CO2气藏的气体组分主要为CO2,体积分数为87.0%～99.9%,碳同位素δ13C值分布在-5.2‰～-6.5‰之间,氦同位素3He/4He体积比分布在(1.69～3.35)×10-6之间,为典型幔源CO2气.乌兰哈达-高勿素断裂是一条长期活动的超深断裂,不仅控制着盆地沉积和演化,而且输导了多期次岩浆活动,提供了幔源CO2运移通道.商都坳陷新生代沉积演化有利于储盖组合的发育,具有良好的CO2气藏形成条件.通过对典型CO2气藏解剖,其具有气藏浅、产量高的特点.SZ5井累计产气量是容积法计算储量的2.23倍,认为存在幔源CO2的不断补充.     

长江口外冲淡水区悬浮颗粒物中总有机碳和叶绿素a的碳同位素分布

应用超声提取、固相萃取（SPE）、薄层色谱（TLC）技术,成功提取、分离了海水悬浮颗粒物中的色素类化合物,并对叶绿素a（Chl a）的碳同位素进行了测定,建立了海水悬浮颗粒物中叶绿素组分的TLC分离及稳定碳同位素测定方法.测定了长江口外冲淡水区颗粒有机碳（POC）和Chl a中的碳同位素.发现悬浮颗粒物中Chl a的δ13C介于-28.17‰～-32.29‰之间,平均值-29.75‰;POC的δ13C介于-17.92‰～-23.19‰之间,平均值-20.67‰,Chl a比POC的δ13C偏负9.08‰.表层Chl a的δ13C值由北向南逐渐偏负,由近岸向开阔海域逐渐偏正.     

广东省河源断裂带碳酸泉水化学特征及形成机制

为了解广东省河源断裂带碳酸泉的形成机理,全面认识碳酸泉形成过程,为碳酸泉的开发与管理提供科学依据,在河源断裂带地区采集了5组碳酸泉样品及18组非碳酸泉样品,开展了水化学特征分析及δD、δ~(18)O、~(14)C、δ~(13)C和~3He/~4He多种同位素分析。结果表明,碳酸泉主要水化学类型为Na-Ca-HCO_3型。δD、δ~(18)O同位素分别介于-43.32‰~-41.72‰和-7.06‰~-6.55‰,位于大气降水线附近,表明其补给来源于大气降水,补给高程在1 000~1 300 m。通过~(14)C法测年及修正后的δ~(13)C年龄校正模型计算得到碳酸泉的年龄在21~26 ka。碳酸泉点δ~(13)C的变化范围在-1‰~2‰之间,R/Ra(样品~3He/~4He与大气~3He/~4He之比)比值介于0~2.5,表明河源断裂带碳酸泉中的CO_2为幔源与变质混合成因,并以变质作用为主。